четырехмодовый кольцевой лазер с внутрирезонаторной генерацией второй гармоники

Формула изобретения

1. Четырехмодовый кольцевой лазер с внутрирезонаторной генерацией второй гармоники, содержащий расположенные в кольцевом резонаторе активный элемент и кристалл для генерации второй гармоники, отличающийся тем, что активный элемент выполнен из изотопного материала, кристалл для генерации второй гармоники выполнен таким, что в нем осуществляется волновой синхронизм П-типа, резонатор лазера выполнен так, что в нем осуществляется поворот поляризации.

2. Лазер по п.1, отличающийся тем, что резонатор лазера выполнен четнозеркальным, причем зеркала расположены так, что оптический контур не лежит в одной плоскости и после полного обхода контура световой луч поворачивается на 90^o.

3. Лазер по п.1, отличающийся тем, что резонатор лазера выполнен четнозеркальным, а в качестве элемента, осуществляющего поворот поляризации, используется кристалл, обладающий оптической активностью.

4. Лазер по п.1, отличающийся тем, что резонатор выполнен трехзеркальным, а в качестве элемента, осуществляющего поворот поляризации, используется четвертьволновая пластинка.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к лазерной физике и может быть использовано для создания источников лазерного излучения видимой области света, в оптической иетерферрометрии и измерительной технике.

Известен твердотельный кольцевой лазер (ТКЛ), содержащий кольцевой резонатор и активный элемент с однородноуширенной линией усиления [1]

Недостатком его является нестабильность режима биений, обусловленная конкуренцией встречных волн в активном элементе.

Наиболее близким к предложенному является ТКЛ, содержащий кольцевой резонатор с размещенными в нем активным элементом и кристаллом для преобразования излучения во вторую гармонику [2]

Недостатком является генерация в каждом направлении по одной моде поскольку потери, возникающие за счет комбинированного взаимодействия мод при генерации суммарной частоты, оказываются большими для моды меньшей интенсивности [3] Это приводит к тому, что при измерении оптических невзаимных эффектов неустранимы систематические ошибки, возникающие, например, из-за неточности изготовления устройств для создания частотной подставки [4]

На фиг. 1 приведена схема прототипа; на фиг. 2 схема предлагаемого ТКЛ.

Лазер содержит зеркала 1 4 резонатора, кристалл второй гармоники 5, активный элемент 6 и циркулярную фазовую пластинку 7 (пластинка может отсутствовать, если резонатор не плоский).

Новизна изобретения заключается в использовании для генерации второй гармоники кристалла со II типом синхронизма и в специальной конструкции кольцевого резонатора: четырехзеркальный резонатор либо с неплоским контуром, либо с циркулярной фазовой пластинкой. Положительный эффект достигается за счет генерации в каждом направлении двух мод, что позволяет снимать информацию об оптической невзаимности по двум каналам (биения между различными парами мод); благодаря этому удается исключить влияние паразитных эффектов на величину выходного сигнала и уменьшить систематические погрешности измерений [5]

Сущность изобретения заключается в следующем.

Благодаря наличию в резонаторе циркулярной фазовой пластинки (или неплоскодонности контура резонатора), в каждом направлении возможна генерация мод двух поляризаций, являющихся собственными векторами резонатора. Амплитуду электрического поля каждой из мод запишем в виде



где E_ixE_iy проекции собственных состояний поляризации соответствующих мод на обыкновенную и необыкновенную оси кристалла.

Потери, возникающие за счет нелинейного взаимодействия в кристалле второй гармоники со II типом синхронизма, даются выражением [5]



П_i потери i-й моды;

d_eff эффективный коэффициент нелинейности.

Последний член в (1), пропорциональный описывает нелинейные потери, возникающие за счет комбинационного взаимодействия мод при генерации суммарной частоты. Эти потери оказываются большими для моды меньшей интенсивности, что способствует подавлению более слабой моды. Чтобы устранить это подавление и получить генерацию обоих мод в каждом направлении, надо так сконструировать лазер, чтобы комбинированное взаимодействие сделать как можно меньше. В нашей конструкции резонатора равенство нулю последнего члена (Е_ixE_2y + E_2xE_iy 0) достигается в следующих случаях:

при любых сдвигах фаз между обыкновенным и необыкновенным лучом и углах поворота изображения f=/2 (угол поворота изображения равен углу поворота поляризации циркулярной фазовой пластинкой и в 2 раза больше угла между плоскостями распространения излучения в неплоском резонаторе);

при любых и = 2n (n=1,2, ...).н